KR20010051226A - 부품 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
부품(10)은 캡 웨이퍼(23)의 표면 위에 형성된 기판(15), 캡 웨이퍼(23), 및 보호층(28)을 구비한다. 더불어, 보호층(28) 및 캡 웨이퍼(23)는 접합층(33)을 경유하여 기판(15)에 결합된 캡 구조(39)를 형성한다. 개구부(47)가 캡 웨이퍼(23)를 에칭함으로서 캡 웨이퍼(23)에 형성된다. 보호층(28)은 캡 웨이퍼(23) 에칭 중에 기판(15)에 형성된 밑에 있는 접합층(33) 및 소자들(11, 12)을 보호한다.
Description
기술 분야
본 발명은 일반적으로, 전기적 부품들에 관한 것이고, 더 특별하게는 캡 웨이퍼들을 사용한 전기 소자들의 보호에 관한 것이다.
발명의 배경
그들의 크기 때문에, 마이크로 전자 센서들 및 집적 회로들과 같은 소자들이 취급, 작은 티끌들 및 수분으로부터 손상받기 쉽다. 미세 가공된 소자들은 통상적으로 작동 중에 그들을 보호하기 위해 둘러싸인 장소 내에 놓이게된다. 하나의 종래 부품은 상기 환경으로부터 전자 센서를 둘러싸고, 밀폐하듯이 봉하기 위한 반도체 기판에 결합된 캡 웨이퍼를 구비한다. 홀(hole)들은 상기 기판에 캡 웨이퍼를 결합하기 이전에 캡 웨이퍼 내에서 형성된다. 캡 웨이퍼 내의 홀들은 외부 회로에 센서들을 전기적으로 연결하기 위해 제공한다.
캡 웨이퍼 내의 홀들은 캡 웨이퍼의 기계 구조적 신뢰성을 약화시킬 수 있다. 이 문제에 대한 하나의 해결책은 캡 웨이퍼의 구조적 보전성이 향상되도록 캡 웨이퍼의 두께를 증가시키는 것이다. 그러나, 캡 웨이퍼의 두께를 증가시키는 것은 또한 마이크로 전자 소자의 크기 및 비용을 증가시킨다.
따라서, 동작 중에 미세 가공된 소자들에 대한 보호를 제공하는 부품을 갖는 이점이 있다. 크기 및 비용을 효율적으로 하는 부품을 위한 더 많은 이점이 있다. 추가로, 표준 반도체 처리 공정들과 호환가능한 부품을 제조하기 위한 방법을 갖는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 처리 과정 동안의 부품의 일부분의 횡단면도.
도 2는 처리 과정의 다음 단계에서의 도 1의 부품의 횡단면도.
도 3은 처리 과정의 그 다음 단계에서의 도 2의 부품의 횡단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 부품 11, 12 : 소자
13, 14 : 전도성 트레이스 15 : 기판
21 : 기판의 표면 23 : 캡 웨이퍼
26 : 캡 웨이퍼의 꼭대기면 27 : 캡 웨이퍼의 바닥면
28 : 보호층 30 : 보호층의 꼭대기면
31 : 보호층의 바닥면 33 : 접합층
36, 37 : 공동 39 : 캡 구조
41, 42 : 마스킹층 46, 47, 48 : 개구부
도면의 상세한 설명
도 1은 본 발명에 따른 처리 공정 중에 부품(10)의 일부분의 횡단면도이다. 이 실시예에서, 부품(10)은 기판(15) 내에 형성된 소자들(11, 12)을 구비하는 반도체 부품이다. 부품(10)은 기판(15)의 표면(21) 상에 형성된 전도성 트레이스(trace)(13, 14)를 더 구비한다. 기판(15)은 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함한다. 소자들(11, 12)은 압력 센서들 및 가속도계들과 같은 집적 회로들 또는 마이크로 기계화된 변환기들이 될 수 있다. 비록 소자들(11, 12)이 기판(15) 내에 형성된 것처럼 보일지라도, 이것은 본 발명의 제한 요소가 아니다. 소자들(11, 12)은 또한 기판(15)의 표면(21) 상에서 형성될 수 있다.
전도성 트레이스들(13, 14)은 표면(21) 상의 전기적 전도성 물질층을 배치함으로서 그리고, 사진 석판술 및 에칭 기술들을 사용한 이 전도성 물질들을 패터닝(patterning)함으로서 형성된다. 예를 들어, 전도성 트레이스들(13, 14)은 포토레지스트(도시되지 않음) 층으로 전기적 전도성 물질을 코팅(coating)하고, (예를 들어, 사진 석판 기술들을 사용하여) 제거된 전기적 전도성 물질의 부분들을 노출시키고 전기적 전도성 물질의 노출된 부분들을 에칭함으로서 형성될 수 있다. 전도성 트레이스들(13, 14)을 위한 적당한 전도성 물질들은 구리, 알루미늄, 구리 합금들, 알루미늄 합금들 등을 포함한다.
부품(10)은 꼭대기면(26) 및 바닥면(27)을 갖는 캡 웨이퍼(23)를 구비한다. 캡 웨이퍼(23)는 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함한다. 캡 웨이퍼(23)를 위한 다른 적당한 물질들은 유리, 석영, 중합체, 또는 금속을 포함한다. 캡 웨이퍼(23)를 위한 두께들의 적당한 범위는 대략 50 미크론(microns)과 대략 600 미크론 사이이다.
보호층(28)은 캡 웨이퍼(23)의 바닥면(27)에 배치되거나 증대된다. 보호층(28)은 꼭대기면(30) 및 바닥면(31)을 가지고, 보호층(28)의 꼭대기면(30)은 캡 웨이퍼(23)의 바닥면(27)과 접촉한다. 바람직하게, 보호층(28)은 대략 0.2 미크론에서 대략 2 미크론 까지의 두께 범위를 가진다. 더불어, 캡 웨이퍼(23) 및 보호층(28)은 캡 구조(39)를 형성한다. 보호층(28)을 위한 적당한 재료들은 산화물 및 질화물을 포함한다.
에칭 마스크들(41, 42)은 캡 웨이퍼(23)의 꼭대기면(26)에 배치된다. 마스크들(41, 42)는 예를 들어, 캡 웨이퍼(23)의 꼭대기면(26) 상에 알루미늄과 같은 금속층을 배치함으로서, 그리고, 사진 석판술 및 에칭 기술들을 사용하여 이 금속층을 패터닝함으로서 형성된다. 다음 에칭 단계 중 마스크들로서 역할을 하는 것에 부가하여, 마스크들(41, 42)은 또한 소자들(11, 12)을 위해 전기적 차폐를 제공한다. 마스크들(41, 42)은 또한 마스킹층들로 언급되고, 바람직하게 각각의 소자들(11, 12) 상으로 위치된다.
캡 구조(39)는 공동들(36, 37)을 형성하기 위해 결합 물질층(33)을 사용하여 기판(15)에 결합된다. 예로써, 결합 물질(33)은 스크린 프린팅(screen printing)에 의한 층(28)의 바닥면(31)의 일부분에 배치된 프릿 유리(frit glass)이다. 또한, 분말 유리로 언급되기도 하는 프릿 유리는 유기 접합제 또는 용액(organic binder or solvent) 내에 확산된 유리 입자들의 혼합물이다. 스크린 프린팅 후, 프릿 유리는 유기 접합제 또는 용액을 증발시키기 위해 가열된다. 이어서, 프릿 유리를 함유하는 캡 구조(39)는 기판(15)의 표면(21)과 접촉하여 위치된다. 열이 적용되고 이어서, 기판(15)에 캡 구조(39)를 결합하고 공동들(36, 37)을 제공하기 위해 에나멜을 입히거나 흘린다. 캡 구조(39)가 기판(15)과 결합된 후, 소자들(11, 12)은 공동들(36, 37) 내로 각각 밀봉하듯 봉해진다. 결합 물질(33), 보호층(28)의 부분, 및 기판(15)의 부분은 밀봉하듯 봉해진 공동들(36, 37)의 측벽들을 형성한다. 결합 물질(33)이 프릿 유리로 설명되어도, 이것은 본 발명의 제한 요소가 아니다. 결합 물질(33)은 또한 금(gold), 금속, 또는 알카리 유리(alkali glass)를 포함할 수 있다. 또한, 결합 처리 공정의 다른 형태들이 기판(15)에 캡 구조(39)를 결합하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 양극(anodic), 공정(eutectic), 또는 열압축(thermocompression) 결합은 기판(15)에 캡 구조(39)를 결합하기 위해 사용될 수 있다.
비록 여기서 토의된 실시예가 반도체 소자일지라도, 이것은 본 발명의 제한 요소가 아니라는 것에 주목해야 한다. 본 발명은 생체 감각기(biosensor)들을 사용한 응용들과 같은 다른 응용들에 적용될 수 있으며, 생체 감각기들은 캡 물질을 사용하여 보호된다. 이 다른 응용들에서, 기판(15)은 유리, 석영, 금속 등과 같은 다른 물질들로 구성될 수 있다. 바람직하게, 캡 웨이퍼(23) 및 기판(15)은 실질적으로 같은 열팽창 계수를 갖는 물질들로 형성된다.
도 2는 처리 공정의 다음 단계에서의 부품(10)의 횡단면도이다. 도면들에서 같은 요소들을 표시하기 위해 같은 참조 번호들이 사용되었다는 것이 이해되어야 한다. 도 2는 캡 웨이퍼(23)의 부분들을 제거한 후의 부품(10)을 도시한다.
예를 들어, 테트라메틸암모늄 수산화물(tetramethylammonium hydroxide) (TMAH)과 같은 에천트(etchant)를 포함하는 수분 에칭 용액이 캡 웨이퍼(23)를 에칭하기 위해 이용된다. 마스크들(41, 42)로 덮여 있지 않은 캡 웨이퍼(23)의 부분들은 에칭 중 제거된다. 수분 에칭 용액은 보호층(28)에 영향을 미치지 않으며, 에칭 스톱(etch stop)으로서 작용한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 접합층(33)은 TMAH를 포함하는 수분 에칭 용액에 손상을 입을 수 있는 프릿 유리이다. 보호층(28)은 캡 웨이퍼(23)의 에칭 중 접합층(33)을 보호하기 위해 에칭 스톱층으로서 역할을 한다. 바람직하게, 보호층(28)은 산화물 또는 질화물을 구비한다.
도 3은 처리 과정의 그 다음 단계에서의 부품(10)의 횡단면도이다. 도 3은 보호층(28)의 부분들을 제거한 후의 부품(10)을 도시한다.
개구부들(46, 47, 48)은 또한 화학에 기초한 염소 또는 불소를 구비한 반작용 이온 에칭(RIE) 또는 급속 반작용 이온 에칭(DRIE)과 같은 습기 없는 에칭 처리 공정을 사용하여 형성 될 수도 있다. 마스크들(41, 42)의 밑에 있는 보호층(28)의 부분들은 습기 없는 에칭 처리 공정 중에 제거되지 않는다. 개구부(47)의 직경은 대략 500 미크론과 2000 미크론 사이의 범위에 있을 수 있다. 개구부(47)가 전기적으로 연결하기 위해 전도성 트레이스들(13, 14)을 제공한다. 예를 들어, 결합 와이어(bond wire)(도시되지 않음)들은 개구부(47)를 통해 전도성 트레이스들(13, 14)에 연결될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 전도성 트레이스들(13, 14)은 부품(10)의 다른 부분들에 소자들(11, 12)을 전기적으로 연결하는데 사용될 수 있다.
앞서 토의된 것처럼, 보호층(28)은 접합층(33)을 보호하기 위해 캡 웨이퍼(23)의 바닥면(27)에 배치되며, 화학 수분 에칭 중 손상을 입을 수 있다. 대안으로, 부품(10)은 보호층(28) 없이 형성될 수 있고, 개구부들(46, 47, 48)은 단일 에칭 단계를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 만일 보호층(28)이 생략되면, 캡 웨이퍼(23)는 적당한 수분 에칭 또는 습기 없는 에칭 처리 공정을 사용하여 구비하는 단일 에칭 단계를 사용하여 에칭될 수 있다. 보호층(28)이 부품(10)에 구비되지 않을 때, 접합층(33)은 캡 웨이퍼(23)의 바닥면(27)의 부분에 배치되고, 캡 웨이퍼(23)는 접합층(33)을 통해 기판(15)에 결합된다. 공동들(36, 37)은 캡 웨이퍼(23), 접합층(33), 및 기판(15)로 형성된다.
공동들(36, 37)이 모든 경우에 필요한 것은 아니라는 것에 주목되어야 한다. 예를 들어, 접합층(33)은 소자들(11, 12)을 둘러싸거나 접촉할 수 있다.
개구부들(46, 47, 48)이 캡 구조(39) 및 기판(15)이 함께 결합된 후에 형성되기 때문에, 캡 웨이퍼(23)는 상대적으로 얇은 웨이퍼가 될 수 있고, 그러므로, 부품(10)의 전체 더미의 두께를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 실리콘으로 구성된 캡 웨이퍼(23)는 대략 50 미크론보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 종래 기술의 실리콘 캡 웨이퍼들은 통상적으로 375 미크론보다 더 두꺼운 두께를 가진다. 또한, 캡 웨이퍼(23)가 기판(15)에 결합된 후에 개구부들(46, 47, 48)을 형성하는 것은 설계 및 부품(10)의 제조를 단순화 할 수 있다.
지금까지, 부품 및 부품을 제조하기 위한 방법이 제공되었다는 것이 인식되어야 한다. 본 발명은 동작 중 그 요소들의 보호를 위해 제공하는 부품을 제공한다. 본 발명의 방법은 CMOS 처리 공정을 구비하는 표준 반도체 처리 공정과 호환가능하다. 또한, 상기 방법은 캡 웨이퍼를 갖는 부품을 제조하기 위한 많은 처리 공정 단계들을 감소시킨다.
본 발명의 방법은 CMOS 처리 공정을 구비하는 표준 반도체 처리 공정과 호환가능하며, 상기 방법은 캡 웨이퍼를 갖는 부품을 제조하기 위한 많은 처리 공정 단계들을 감소시키는 효과가 있다.
Claims (5)
- 부품(10)에 있어서,소자(11)를 갖는 기판(15)과,상기 기판의 표면 일부분에 배치된 접합층(33)과,상기 기판 위의 캡 웨이퍼(23), 및제 1 표면(30) 및 제 2 표면(31)을 갖는 보호층(28)을 포함하고, 상기 보호층의 상기 제 1 표면은 상기 캡 웨이퍼의 제 1 표면과 접촉하고, 상기 보호층의 상기 제 2 표면은 상기 접합층을 통해 상기 기판의 상기 표면에 결합되며, 상기 보호층, 상기 접합층, 및 상기 기판은 상기 소자들을 둘러싼 공동을 형성하는 부품.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 상기 표면 상에 형성된 전도층(13)을 더 구비하고, 상기 캡 웨이퍼는 상기 접합층이 상기 보호층에 배치된 후 상기 전도층 위에 형성된 개구부(47)를 갖는 부품.
- 제 1 항에 있어서, 상기 소자 위에 있는 상기 캡 웨이퍼의 제 2 표면의 일부분에 형성된 마스킹층(41)을 더 구비하는 부품.
- 부품 제조 방법에 있어서,캡 웨이퍼(23)를 제공하는 단계와,상기 캡 웨이퍼의 상기 제 1 표면(30) 위에 보호층을 배치하는 단계로서, 상기 보호층(28)의 제 1 표면이 상기 캡 웨이퍼의 제 1 표면에 결합되는 보호층 배치 단계와,상기 보호층의 제 2 표면(31)의 일부분 위에 접합층(33)을 배치하는 단계와,상기 접합층을 통해 기판의 표면에 상기 보호층의 상기 제 2 표면을 결합하는 단계, 및상기 접합층을 배치하는 상기 단계 후, 상기 캡 웨이퍼에 개구부(47)를 형성하는 단계를 포함하는 부품 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 기판에 미세 가공된 소자(11)가 상기 접합층(33), 상기 보호층(28), 및 상기 기판(15)으로 형성된 공동 내에 둘러싸인 부품 제조 방법.
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